Jurnal Kejuruteraan 15 (2003) 43-65

Penilaian Kawalan Lampu Isyarat Terpisah Berbilang Kaedah

Riza Atiq bin O.K. Rahmat, Kasmiran bin Jumari, Azmi bin Hassan dan Hassan bin Basri

ABSTRAK

Sering kali diperhatikan panjang baris-gilir pada jalan-jalan tuju persimpangan berlampu isyarat sangat tidak seimbang pada masa-masa puncak dan selalunya polis trafik akan mengambil alih kawalan. Di antara sebab utama ialah lampu-lampu isyarat tersebut tidak dioptimumkan dan tidak dapat mengesan permintaan lalu lintas yang sebenar. Bagi mengatasi masalah ini, sistem kawalan lalu lintas yang dibangunkan menggunakan kaedah tergerak kenderaan ketika aliran lalu lintas rendah, kaedah pengoptimuman ketika aliran lalu lintas tinggi dan kaedah lagak kawalan polis ketika kesesakan. Lampu isyarat ini juga menggunakan sistem pengesan video sebagai penderia untuk mendapatkan permintaan lalu lintas sebenar. Berdasarkan ujian lapangan, kaedah kawalan ini didapati telah dapat mengurangkan jumlah baris gilir sehingga 33% daripada sistem konvensional. Dalam keadaan kesesakan lalu lintas pula kaedah ini telah mengurangkan panjang baris gilir sehingga 9% dan mengurangkan lengah sehingga 10% berbanding dengan kawalan secara insani oleh polis.

Katakunci: Tergerak kenderaan, pengoptimuman, algoritma genetik, lagak tindakan polis

ABSTRACT

It is frequently observed that the queue lengths on the approach roads at a signalised intersection are imbalanced during peak hours and in many cases a traffic marshall has to control the intersection manually. This problem is partly due to the inability of the conventional system to be optimised and to get the actual traffic demand. To overcome these two problems, the traffic control system developed in this project adopts vehicle actuated control, optimised control and traffic marshall emulation control during low, high and congested traffic demand respectively. The system utilised a video detection system as the sensor to detect the real traffic demand. Experimental data show that the control system is found to reduce the sum of queue length by 33% as compared to the conventional system. During congested period the proposed system reduced queue length by 9% and delay by 10% as compared to manual control by traffic marshall.

Keywords: Vehicle actuated, optimisation, genetic algorithm, police action emulation

44

PENGENALAN

Lampu isyarat terpisah banyak digunakan di kawasan-kawasan tepi bandar atau di luar bandar di mana jarak dari satu persimpangan ke persimpangan lain melebihi 1.5 km. Kaedah kawalan berbeza-beza dari satu persimpangan ke persimpangan yang lain. Terdapat persimpangan menggunakan kaedah masa tetap, masa berubah-ubah mengikut jadual waktu dan ada juga yang menggunakan kaedah tergerak kenderaan. Di negara-negara maju penggunaan pemproses mikro untuk membolehkart lampu-lampu isyarat menentukan masa kitar dan pecahan masa hijau dengan pintar telah mula digunakan. Sensor yang digunakan oleh lampu-Iampu isyarat ini lazimnya ialah gelung induksi.

KAEDAH·KAEDAH KAWALAN LAMPU ISYARAT TERPISAH

Terdapat beberapa kaedah asas dalam menentukan masa kitar dan pecahan masa hijau yang digunakan dalam kawalan lalu lintas. Kaedah yang lazim digunakan ialah kaedah Webster. Di samping itu terdapat juga kaedah­kaedah moden yang menggunakan pemproses mikro dan pintar buatan.

KAEDAH WEBSTER

Masa kitar ialah urutan lampu isyarat dari mula hingga akhir. Ia merupakan jumlah keseluruhan set fasa-fasa lampu isyarat. Masa kitar jika terlebih panjang akan memanjangkan lengah manakala yang terkurang pula boleh menimbulkan bahaya kepada pejalan kaki yang menyeberang dan juga menambahkan lengah akibat bertambahnya jumlah masa untuk berhenti dan memecut (Papacostas & Prevedouros 1993).

Masa kitar yang sesuai boleh dikira dengan kaedah Webster seperti berikut (Webster 1966):

Co = (1.5L + 5)/(1 - Y), (1)

dengan Co = Masa kitar optimum dalam saat, L = Masa hilang dalam satu kitar yang mengandungi masa kenderaan hendak bergerak semula apabila hijau ditolak dengan masa kuning yang digunakan oleh pemandu-pemandu untuk melepasi lampu isyarat. 3 hingga 4 saat adalah anggaran masa yang biasa digunakan, Y = Jumlah nisbah aliran lalu lintas yang genting dengan aliran tepu jalan tuju.

Kaedah Webster yang telah berusia 34 tahun itu masih digunakan dengan sangat meluas hingga kini. Walaupun demikian, ia mempunyai kelemahan. Kelemahan ini berlaku apabila isi padu aliran lalu lintas menghampiri kadar aliran tepu, iaitu ketika nilai Y menghampiri 1.0. lni menyebabkan pembawah persamaan 1 menjadi sangat kecil dan seterusnya menyebabkan nilai masa kitar, Co' menjadi sangat besar dan akan menjadi 00

apabila Y menjadi 1.0. Bagi mengatasi ini pengiraan masa kitar dihadkan sehingga nilai Y bersamaan 0.9 dan masa kitar dihadkan kepada 120 saat sahaja.

KAEDAH HIGHWAY CAPACITY MANUAL

Kedah yang diberikan dalam Highway Capacity Manual (1994) adalah seperti berikut:

45

Xc = L'(V/S)Ci [C / (C - L)}, (2)

dengan Xc = nisbah vic genting bagi persimpangan berkenaan, I,(V/S)ci = jumlah nisbah aliran bagi semua kumpulan lorong genting, i, C = masa kitar, L = masa bilang dalam satu kitar yang mengandungi masa kenderaan hendak bergerak semula apabila hijau ditolak dengan masa kuning yang digunakan oleh pemandu-pemandu untuk melepasi lampu isyarat, v = isi padu lalu lintas dalam unit kenderaan penumpang setiap jam, S = aliran tepu, dan c = muatan. Persamaan dua boleh disusun semula untuk mendapatkan masa kitar yang sesuai menjadi:

C = L X / [X - L(v/s) I C C Cl

(3)

KAEDAH TERGERAK KENDERAAN

Kaedah ini adalah kaedah yang paling sederhana yang boleh menyesuaikan kawalan dengan aliran lalu lintas. Ia memerlukan sensor untuk mengesan kenderaan supaya masa bijau boleh diperpanjang apabila permintaan lalu lintas bertambah. Pada asasnya ia memberikan masa bijau minimum dan maksimum kepada setiap fasa. Ketika lampu bijau menyala, ia akan diberikan masa minimum. Apabila ada kenderaan dikes an pada dalam satu julat masa di penghujung masa bijau itu, mas a bijau tambahan diberikan. Tambahan demi tambahan akan diberikan apabila ada kenderaan dikesan sebinggalah ia mencapai mas a maksimum. Tambahan-tambahan masa ini ditunjukkan dalam Rajah 1.

Dalam kaedah tergerak kenderaan yang biasa dipasang, gelung induksi digunakan sebagai pengesan kenderaan. Amalan yang lazim di Malaysia, pengesan ini ditempatkan berhampiran garisan berhenti. Amalan yang bias a di Amerika Syarikat pula, pengesan ini ditempatkan 29 meter dari garisan berhenti bagi lalu lintas berkelajuan rendah seperti di bandar (Kell & Fullerton 1991). Masalah dengan kedudukan pengesan seperti ini ialah mas a bijau dan kuning masih lagi diberikan walaupun kenderaan terakhir telah melepasi persimpangan. Cassidy et al. 1996 telah mencadangkan supaya pengesan ini ditempatkan 44 meter dari garisan berhenti dan mereka mendapati lengah telah dapat dikurangkan sebingga 30%.

KAEDAH PENGOPTIMUMAN

Dalam kaedah Webster, seperti yang telah diterangkan di atas nilai Y perlu dihadkan kepada 0.9 atau masa kitar dihadkan kepada satu nilai yang ditetapkan apabila aliran lalu lintas meningkat. Perkara ini menimbulkan masalah lain pula, iaitu pengagihan masa bijau yang tidak tepat. Masalah yang sarna juga berlaku kepada kaedah Highway Capacity Manual kerana nilai I,(V/S)ci dalam persamaan (3) akan menjadi sarna atau lebih besar dari X.

C

Kaedah tergerak kenderaan pula akan mengalami masa-masa bijau yang mencapai nilai maksimum apabila aliran lalu lintas tinggi. Pada masa ini ia akan bertindak sama seperti lampu isyarat kawalan masa tetap. Oleh kerana masa maksimum yang ditetapkan bukanlah masa yang optimum, ia akan menyebabkan lengah dan panjang baris-gilir tidak seimbang antara jalan­jalan tuju.

46

Masa hijau maksimwn

Masa hijau minimum

JumIah masa hijau tambahan

Masa hijau ditamatlcan kerana tiada kenderaan dikesan pada ak:hir masa hijau.

(a) Masa hijau ditamatkan sebelurn masa hijau maksimurn dicapai kerana tiada kenderaan dikesan pada masa tambahan terakhir

Masa hijau maksimwn ~

.... Masa hijau minimum

lumIah tambahan masa hijau sehingga maksimwn

tt tt tt tt I

tt '--Kenderaan dikesan

(b) Masa hijau ditambah sehingga mencapai masa maksimwn t RAJAH 1. Operasi lampu isyarat tergerak kenderaan

lni menunjukkan dalam keadaan aliran lalu lintas yang menghampiri tahap tepu pengoptimuman perlu dilakukan.

Bagi mengatasi masalah masa hijau maksimum yang tidak optimum dalam kaedah tergerak kenderaan, MOVA (Microprosessor Optimised Vehicle Actuation) telah dibangunkan oleh Transport and Road Research laboratory (TRRL) pada tahun 1980an dan telah mula digunakan pada akhir tahun 1990an (Japs 1999 dan Spence & Vincent 1999)

Dalam masa yang sama Pentadbiran Jalan Raya Sweden telah memulakan kajian untuk membuat sistem lampu isyarat yang diberi nama LHOVRA yang berfungsi seperti MOVA. Sistem ini telah dikemaskan pada tahun 1991 (Kromborg & Davidsson 1993).

MOVA menggunakan tiga gelung induksi bagi setiap lorong jalan tuju manakala LHOVRA menggunakan tiga gelung yang lebar bagi merangkumi semua lorong jalan tuju. Gelung-gelung ini diletakkan pada garisan berhenti, 45 meter dan 150 meter dari garisan berhenti. Parameter aliran lalu lintas seperti isi padu dan kewujudan baris-gilir akan diperolehi dengan menggunakan gelung-gelung ini. Data ini seterusnya akan digunakan untuk mengoptimurnkan lampu isyarat berkenaan.

Pengoptimuman dilakukan dengan menggunakan model lalu lintas. Dengan model ini bilangan kenderaan di antara gelung di garisan berhenti dengan yang ketiga dianggarkan. Seterusnya masa hijau akan ditambahkan

47

sehingga sampai hadnya apabila didapati aliran lalu lintas dari satu-satu jalan tuju itu tepu.

OPAC (Optimisation Policies for Adaptive Control) juga bertujuan untuk pemberian masa hijau yang optimum (Gartner et al. 1991). Ia dibangunkan oleh University of Lowel di bawah tajaan kerajaan Amerika Syarikat. la mengoptimurnkan operasi lampu isyarat dengan meminimurnkan fungsi objektif yang mengandungi lengah dan berhenti.

CADANGAN PENGOPTIMUMAN LAMPU ISYARAT

Terdapat berbagai-bagai kaedah pengoptimuman yang biasa dilakukan. Dalam hallampu isyarat, kaedah yang digunakan pedu mempunyai kriteria berikut: • Masalah pengoptimuman lampu isyarat adalah polinomial tak tertentu.

Oleh itu kaedah pengoptimuman mestilah sesuai dengan masalah itu. • Kaedah yang digunakan mestilah tidak akan terperangkap dalam optimum

tempatan. Kaedah ini mestilah cepat supaya ia boleh digunakan dalam masa sebenar.

Kaedah yang dipilih dalam kajian ini dan boleh memenuhi kriteria di atas ialah Algoritma Genetik.

PERWAKILAN MASALAH

Terdapat beberapa masalah yang boleh dioptimurnkan dalam lampu isyarat. Satu cara ialah meminimumkan lengah. Satu lagi ialah dengan memaksimurnkan aliran lalu lintas atau meminimurnkan berhenti-bergerak. Akan tetapi apa yang akan berlaku apabila ketiga-tiga perkara ini dioptimurnkan ialah lampu isyarat akan memberikan aliran tanpa sekatan kepada aliran utama dan menyekat aliran sekunder.

Dalam kajian ini perkara yang dicadangkan untuk dioptimurnkan ialah meminimurnkan perbezaan lengah pada jalan-jalan tuju. lni bermakna tiada perbezaan lengah purata bagi kenderaan yang datang dari salah satu dari jalan-jalan tuju dengan jalan tuju yang lain. Ini juga bermakna menyeimbangkan lengah di antara jalan-jalan tuju.

FUNGSI OBJEKTIF

Lengah yang seimbang adalah menjadi objektif pengoptimuman yang dicadangkan. Dua komponen lengah, iaitu lengah ketibaan seragam (d]) dan lengah limpahan (d

2) boleh dianggarkan. Lengah limpahan ini adalah akibat

kenderaan yang tiba tidak sekata. Kedua-duanya dianggarkan seperti berikut (papacostas & Prevedouros 1993):

(l-g/Ct d1 =0.38C ( )' 1- g/c x

(4)

(5)

48

dengan C = masa kitar, c = muatan, g = masa hijau, x = darjah ketepuan = (q I (As) ), dan A = g / C. Jumlah lengah,

(6)

dengan PF sebagai faktor progresif di mana nilainya lebih daripada 1.0 jika sebahagian besar kenderaan tiba semasa merah dan kurang dari 1.0 jika kenderaan tiba semasa hijau.

Persamaan (4), (5) dan (6) telah digunakan untuk mengira lengah bagi jalan-jalan tuju dengan anggapan ketibaan kenderaan secara rawak memberikan nilai PF sebagai 1.0. Bagi meminimumkan perbezaan lengah di jalan-jalan tuju, fungsi objektif berikut boleh dirninimumkan:

Fungsi - Objektif = ! lTD, - TD av I, (7) i-I

dengan TD; adalah lengah purata bagi fasa i dan TDav adalah purata bagi semua fasa manakala n adalah jumlah fasa.

Apabila masa lengah bagi setiap fasa menjadi sarna, masa lengah purata akan menjadi sarna dengan masa lengah bagi setiap fasa. Pada masa ini fungsi objektif akan menjadi kosong. Oleh itu pengoptimuman lampu isyarat dalam kajian ini ialah mencari masa-masa hijau bagi setiap fasa yang akan menyebabkan lengah purata bagi setiap kenderaan sarna antara satu sarna lain.

OPERATOR GENETIK

PENJANAAN POPULASI

Populasi yang sesuai biasanya di antara 20 ke 30 kromosom tetapi kadang­kadang populasi di antara 50 bingga 100 kromosom lebih baik (Abitko 1998). Populasi 25, 50, 60, 70 dan 80 kromosom telah dicuba dan didapati populasi 60 kromosom paling cepat mencapai optimum, iaitu kurang dari 300 generasi dengan masa kurang dari satu saat. Oleh itu dalarn uji kaji ini satu populasi kromosom disediakan yang mengandungi 60 kromosom. Setiap kromosom memuatkan peratus pecahan masa-masa hijau.

Kromosom telah direkabentuk supaya memuatkan masa-masa hijau. Masa-masa hijau ini ditentukan secara rawak dengan masa minimum 5 saat dan maksirnum 70 saat. Oleh kerana dalarn kajian ini lampu isyarat yang

Kromosom 1 32 45 15 21

RAJAH 2. Contoh satu kromosom

digunakan empat fasa, maka masa hijau yang dijanakan untuk setiap kromosom juga untuk empat fasa. Rajah 2 menunjukkan rekabentuk kromosom yang digunakan.

Nilai 5 saat itu ditetapkan supaya tiada masa hijau yang menjadi sifar manakala 70 saat itu ditetapkan supaya jarak kepala antara kenderaan tidak terlalu bt'~"!" sehingga banyak masa yang tersia-sia. Rajah 3 menunjukkan

6

5

3 4 '" '" 3 ~ 2

~ 1 ....,

o

, j~

\ ;-A ~

'" .... ~

o 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Masa Hijau (s)

RAJAH 3. Purata jarak kepala terhasil berbanding dengan masa hijau

49

jarak kepala menjadi besar apabila masa hijau diberikan melebih 70 saat. Had maksimum 70 saat akan menyebabkan mas a hijau yang tidak terlalu panjang yang boleh menyebabkan jarak kepala yang panjang diberikan.

PENGUllAN KEKUATAN

Kekuatan setiap kromosom dalam populasi kromosom tersebut diuji dengan mengira fungsi objektif yang menggunakan masa-masa hijau yang terkandung dalam kromosom yang diuji. Kromosom yang terbaik, iaitu yang memberikan nilai fungsi objektif yang minimum akan dimasukkan ke dalam generasi yang berikutnya.

POPULASIGENERASIBARU

Satu populasi barn telah diciptakan dengan Iangkah-langkah berikut: Pemilihan Sepasang kromosom telah dipilih secara rawak untuk dijadikan ibu-bapa mengikut kekuatannya.

Persilangan Pasangan kromosom tersebut telah disilangkan untuk melahirkan keturunan. Kromosom yang terbaik dalam kajian ini dijelmakan semula ke dalam generasi keturunan manakala yang lain disilangkan. Kromosom yang terbaik ini dikatakan sebagai kromosom elit. Titik persilangan hanya satu sahaja tetapi ditentukan secara rawak. Contoh persilangan adalah ditunjukkan dalam Rajah 4.

Mutasi Dengan pilihan secara rawak, satu kromosom keturunan, iaitu lebih kurang 1.6% dari populasi keturunan, dilakukan mutasi dengan menukarkan gantikan angka yang terkandung di dalamnya. Kromosom elit yang telah dijelmakan dari generasi sebelumnya tidak boleh dilakukan mutasi ke atasnya. Contoh mutasi kromosom adalah ditunjukkan dalam Rajah 5. Dalam kajian ini penentuan angka yang ditukar ganti dilakukan secara rawak.

Penyongsangan Dengan secara rawak enam kromosom keturunan, iaitu 10% dari populasi, dilakukan salingan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 6. luzuk-juzuk kromosom yang dilakukan salingan juga ditentukan secara rawak. Seperti juga mutasi, kromosom elit tidak dilakukan salingan.

Penempatan Kromosom-kromosom generasi keturunan yang ditempatkan dalam populasi yang barn.

51

Masa kitar yang biasa bagi larnpu isyarat dengan masa yang ditetapkan ialah di antara 30 hingga 120 saat manakala larnpu isyarat tergerak kenderaan boleh dinaikkan sehingga 240 saat (McShane et al., 1998). Akan tetapi pemberian masa hijau yang terlalu panjang akan menyebabkan jarak kepala yang panjang seperti yang ditunjukkan dalarn Rajah 3. Oleh itu masa kitar dihadkan 180 saat sahaja supaya masa yang tersia-sia akibat jarak kepala yang panjang dapat dielakkan dan dalam masa yang sarna memberikan kapasiti yang lebih besar berbanding dengan masa kitar 120 saat (McShane et al. 1998).

PENUKARAN

Populasi kromosom yang lama ditukarkan dengan yang baru. Kemudian proses yang diterangkan di atas diulang-ulang.

UflAN

Ujian dilakukan setiap kali generasi terbentuk sarna ada syarat akhir dipenuhi atau tidak. Jika syarat akhir dipenuhi, berhenti dan kromosom terakhir diambil sebagai penyelesaian. Dalarn kajian ini syarat akhir ialah apabila jumlah perbezaan masa purata lengah antara fasa tidak melebih 10 saat atau selepas 500 generasi telah berlalu.

Komputer yang digunakan untuk menjalankan Algoritma Genetik adalah juga komputer yang melakukan pemprosesan imej. Masa yang diperlukan untuk melakukan pengiraan sebanyak 500 generasi hanya pecahan satu saat sahaja dan tidak menjejaskan kerja pemprosesan imej. Ia didapati menguncup dengan cepat ke arah penyelesaian. Rajah 7 menunjukkan fungsi objektif telah dapat dikurangkan daripada 243 saat kepada 39 saat sahaja selepas 45 generasi. Ini bennakna jumlah perbezaan purata lengah bagi keempat-empat jalan tuju ialah 39 saat atau kurang dari 10 saat bagi setiap jalan tuju.

Proses penguncupan nilai objektif telah didapati tidak begitu ketara selepas 200 generasi dan tiada penguncupan berlaku selepas 500 generasi. Ini menyebabkan pengiraan dihentikan bila mencapai 500 generasi.

250

200

~ 150 ~ .;;; '" :.s 100 0

.:;; bI)

= ::I 50 ~

0 0 100 200 300

Generasi

RAJAH 7. Pengurangan fungsi objektif dari generasi ke generasi

52

RINGKASAN PENGGUNAAN ALGORITMA GENETIK

Algoritma genetik yang digunakan adalah diberikan dalam Jadual 1.

JADUAL 1. Ringkasan algoritma genetik

Perkara

Fungsi Objektif

Saiz populasi kromosom Kandungan Kromosom

Jenis angka dalam kromosom Penentuan awal angka-angka dalam kromosom Pemilihan kromosom untuk persilangan Penentuan titik persilangan Pemilihan kromosom untuk mutasi Pemilihan titik mutasiDipilih secara rawak: Sekatan

Penamat akhir

Keterangan I Kaedah

Meminimumkan perbezaan lengah antara jalan tuju. 60 kromosom Masa-masa hijau bagi setiap fasa. Dalam kajian ini terdapat 4 fasa. Integer masa hijau Ditentukan secara rawak:

Dipilih secara rawak: Ditentukan secara rawak: Dipilih secara rawak:

5s ~ masa hijau ~ 70s Masa kitar £ 180 s Perbezaan masa lengah purata antara jalan tuju tidak: melebihi 10 saat atau 500 generasi pengiraan; yang mana lebih dahulu tercapai

UJI KAJI PERBANDINGAN BERBAGAI KAEDAH

KAEDAH un KAJI

Kaedah-kaedah Webster, Highway Capacity Manual, tergerak kenderaan dan kaedah pengoptimuman dengan Algoritma Genetik telah dicuba dan dibandingkan di persimpangan di hadapan karnpus UKM Bangi. Persimpangan ini terdiri dari empat jalan tuju seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8.

Perbandingan ini dilakukan dengan memastikan terlebih dahulu corak permintaan lalu lintas pada hari-hari kerja dalarn semioggu adalah sarna. Perkara ini perlu dibuat kerana tidak mungkin menggunakan kaedah yang

I I I I Dan Bandar Baru Bangi I

~l~ I I I I -./ '"

Dart Bangi Lama --~-I -------

------- I-~--- Dart Kajang

1m r

I I I I I , I

UKM

RAJAH 8. Susun atur persimpangan tapak: ujian

53

berlainan dalarn satu masa di tempat yang sarna. Bagi mengurangkan kesan perubahan uji kaji perbandingan hanya dilakukan pada waktu pagi Selasa, Rabu dan Khamis yang tidak cutL Hari Isnin tidak dimasukkan kerana dijangka cuti hujung minggu memberikan kesan kepada corak permintaan lalu lintas pada waktu pagi. Hari Jumaat juga tidak diarnbil kerana dijangka ia memberi corak yang agak berbeza kerana Sembahyang Jumaat. Hari Sabtu juga tidak diambil kerana tidak banyak aktiviti lazim pada hari tersebut.

Rajah 9 menunjukkan contoh aliran lalu lintas dari keempat-empatjalan tuju pada hari Selasa, Rabu dan Khamis. Ujian statistik t dan F telah

27 Feb 02

450 '" 400 ~ 350 :.:l 300 ;::I

OJ 250 ....:i 200 ;::I

"0 150 ., P.. 100 .~

'" ...... 50 -~---..

0 8 8 8 8 0 0 0 8 8 8 0 8 0

~ 0 0 0 0 r:.: eX) en 0 ,.... N c<; :t to cD r:.: eX) en 0 0 0 ,.... ,.... ,.... ....

Masa

26 Feb 02

400,--------------------------------, ~ 400 +-___ - ---------;:: 300 +--t+-- --- ----------...----------1 :.:l 3oo+-~~---=---~~mr---~ __ --1 ;::I j 250~~~~~~~~~~~c_a._~~ ;::I 200 -g 100 P.. 1OO~~~~--~----~~~~--~~~~ ~

'" ~ 0:

:.:l

~ ....:i ;::I

"0 ., P..

3

50+------- -------------- - -; O~~~~Tn~TnTnTnTnTnTnTMTM~~~

~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ ~~ f6~ fi.>~ f;;j~ ,,~ n·~ nj~ t;.~ f,j~ <O~ "\~ t:6~ Cb~ ~ ~ ~ ~ , ,v, ~ ~ ~ , , ~

450 400 350 300 250 200 150 100 50 0

0 0 0 0 ~ 0 0 0 ,.... eX) en 0 0 0 0

Masa

28 Feb 02

0 0 0 0 ~ 0 0 0 ... N c<; -ot

Masa

0 0 0 0 0 0 to cD r:.:

0 0 eX)

8 en ...

RAJAH 9. Aliran Lalu Lintas pada Hari Selasa, Rabu dan Kharnis

54

dilakukan untuk melihat sama ada perbezaan ini ketara atau tidak ketara. Hasil ujian adalah diberikan dalam Jadual 2 yang menunjukkan perbezaan aliran lalu lintas tidak ketara.

JADUAL 2. Ujian F dan t ke atas aliran 1alu lintas

Hari Selasa dengan Rabu F dan t

dari BBB dari UKM dari Kajang Dari Bangi (genting)

Ujian F, F(0.25,49,49) 1.11355 0.94697 1.55483 1.42142 1.61537 Ujian T, F(0.25,49,49) 1.39724 0.03440 0.02710 1.80140 2.01063

Hari Selasa dengan Khamis F dan t

dari BBB dari UKM dari Kajang Dari Bangi (genting)

Ujian F, F(0.25,49,49) 0.96878 0.99542 1.24583 1.04259 1.61537 Ujian T, F(0.25,49,49) 1.29875 0.06873 0.97582 1.75892 2.01063

Hari Rabu dengan Khamis F dan t

dari BBB dari UKM dari Kajang Dari Bangi (genting)

Ujian F, F(0.25,49,49) 1.24589 1.54680 1.52589 1.49857 1.61537 Ujian T, F(0.25,49,49) 1.45987 0.59870 0.48579 1.56829 2.01063

Nota: BBB = Bandar Barn Bangi. Bangi = Bangi Lama

Pemerhatian di tapak telah dilakukan bermula dari aliran lalu lintas rendah hinggalah aliran lalu lintas tinggi dan seterusnya aliran tepu. Rajah 10 menunjukkan jurnlah lengah purata meningkat sedikit demi sedikit dan mula meningkat dengan ketara selepas darjah ketepuan 0.7.

Kajian dilakukan bermula pada pukul 7:15 bingga 8:00 pagi. Pada pukul 7:15 biasanya aliran lalu lintas adalah rendah dan akan meningkat sedikit demi sedikit dan akan mencapai aliran tepu antara pukul pukul 7:50 hingga pukul 8:00 pagi. Pada waktu ini persiropangan menjadi sangat sesak akibat permintaan melebihi muatan dan lazironya ia dikawal secara insani. Kawalan secara insani dibandingkan dengan kawalan lampu isyarat dengan pengagihan masa hijau mengikut panjang baris-gilir.

Masa kuning ditetapkan selama 3 saat manakala masa semua merah telah ditetapkan selama 1 saat bagi setiap jalan tuju.

PERALATAN

Peralatan yang digunakan adalah ditunjukkan dalam Rajah 11. Empat buah kamera CCTV dan teknik pemprosesan imej telah digunakan sebagai sensor (Rahmat et al. 2001) manakala komputer berasaskan Windows98 digunakan untuk memproses iroej dan mengoptimumkan lampu isyarat. Video blaster

... 1200 +---1'---t---+­

~ 1000 +---!---r--1-

i 800 +---t- -+--t---+--f-"t-I'---t-+---l

fJl 600 :1 i 400

] 200 1M~h~~;1if~~-11 O-t--"-If'---+--f---II---+-+--I---I

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.1 Jumlah Nisbah Pengaliran I Muatan

RAJAH 10. Perubahan jurnlah lengah purata terhadap nisbah aliranlmuatan

55

pula digunakan sebagai penangkap imej. Video blaster digunakan kerana kualiti imej digital yang dihasilkan lebih baik berbanding dengan penangkap irnej standard dan ia boleh didapati di pasaran dengan rnudah. Multiplexer pula digunakan untuk menggabungkan imej-imej dari empat buah kamera. Rajah 12 menunjukkan contoh satu kerangka irnej video yang telah didigitkan. Ia terdiri dari 286 piksel tinggi dan 350 x 3 piksel RGB lebar dan kadar pendigitan ialah 10 kerangka se saat.

Penggunaan kamera sebagai sensor telah menyebabkan pengesanan kenderaan dapat dilakukan di ternpat-ternpat yang sesuai hanya dengan menekan butang tetikus. Kemudahan seperti ini sangat berguna bagi kaedah tergerak kenderaan kerana kedudukan pengesan kenderaan rnernpengaruhi lengah kenderaan.

Pengawal yang digunakan ialah yang direka bentuk khas supaya boleh bertindak sebagai hamba kepada komputer dan boleh bertindak sebagai pengawal lampu jika kornputer tidak dapat berfungsi.

PEMFASAAN LAMPU ISYARAT

Aturan fasa lampu adalah ditunjukkan dalam Rajah 13. Aturan ini dipilih atas sebab-sebab berikut: • JUrnlah kenderaan yang membelok ke kanan dengan yang terns lebih

kurang sarna banyaknya. Ini rnenyebabkan rnemisahkan antara kedua­dua aliran tidak akan memberikan kesan yang bermakna.

• Ketiadaan lorong khas untuk membelok ke kanan juga menyebabkan pengasingan aliran ke kanan dan terns akan menyebabkan aliran terns terhalang oleh yang hendak membelok ke kanan.

• Kenderaan-kenderaan yang bergerak laju dan "mencuri" jalan ketika lampu merah boleh rnenyebabkan perlanggaran di tengah-tengah persirnpangan. Oleh kerana perlanggaran dari samping lebih bahaya daripada langgar belakang, aturan fasa mengikut jam telah tidak dilaksanakan

KAWALAN KETIKA JALAN RAYA SESAK

Kesesakan lalu lintas yang dimaksudkan di sini ialah apabila permintaan lalu lintas melebihi muatan. Dalam hal persirnpangan jalan, kesesakan berlaku apabila darjah ketepuan, x, (q/(J,.s)), lebih dari 1.0. Dalam keadaan ini baris­gilir akan bertambah panjang.

56

Kamera-1

RAJAH 1 L Peralatan lampu isyarat yang digunakan

350 x 3 piksel RGB

286 pikscl

RAJAH 12_ Imej yang telah didigitkan dari empat buah kamera

Dali Banda, Baru Bangl

~Tt Dari .-----\ UKM Fasa 1

Darl Banda, Baru Bangl

.Jl~

"if Darl UKM

Darl Bandar Baru Bang!

.Jl~

~Tt ....----I Darl UKM Fasa 3

RAJAH 13. Fasa-fasa lampu isyarat dalam kajian

Dati Bandar Baru Bangl

.Jl~

~Tt

57

Darl UKM Fasa4

Kaedah pengoptimuman memperlihatkan pre stasi yang lebih baik daripada kaedah-kaedah lain tetapi apabila baris-gilir semakin panjang, iapun kelihatan tidak dapat berfungsi dengan baik. Sebab utamanya ialah apabila baris-gilir semakin panjang, piksel-piksel yang dijadikan sebagai sensor telah berada di dalam baris-gilir. Ini menyebabkan bilangan kenderaan yang dikira bukanlah bilangan kenderaan yang tiba di jalan tuju tetapi bilangan yang keluar melepasi garisan berhenti yang jumlahnya lebih keeil daripada jumlah yang tiba.

Apabila ini berlaku sering kali persimpangan dikawal seeara manual. Dalam kes persimpangan yang dikaji, pengawal manusia ini akan memberikan laluan mengikut kepanjangan baris-gilir dengan masa kitar di antara 3 hingga ke 5 minit. Jalan tuju yang mengandungi baris-gilir yang panjang akan diberikan masa hijau yang lebih. Walau bagaimana pun panjang baris­gilir hanya ditentukan semata-mata dengan pandangan mata dan masa kitar serta peeahan masa hijau ditentukan melalui anggaran semata-mata.

Dalam kajian ini apabila baris-gilir semakin panjang meneapai kepanjangan 10 kereta berhenti atau apabila darjah ketepuan, (q/(A.5)), meneapai 1.0 atau lebih, lampu isyarat akan mengagih-agihkan masa hijau mengikut nisbah panjang baris-gilir dengan masa kitar ditetapkan kepada 180 saat. Pembahagian masa hijau yang dieadangkan dalam projek ini adalah seperti berikut:

(8)

Dengan 8j = masa hijau bagi jalan tuju i, Q

j = panjang baris-gilir dalam

sebutan unit kereta penumpang bagi jalan tuju i, Wi = Pewajar bagi jalan tuju i, K

j= Masa kuning bagijalan tuju i (ditetapkan 3 saat), SM

j= Masa semua

merah bagi jalan tuju i (ditetapkan 2 saat) dan C = Masa kitar yang telah ditetapkan selama 180 saat (tiada pewajaran dikenakan. lni bermakna nilai Wj = 1.0)

HASIL un KAn

Perbandingan dilakukan di antara kaedah-kaedah yang lazim dan dimasukkan juga kaedah masa tetap yang memang telah tersedia ada di persimpangan

58

berkenaan. Masa tetap ini memang tidak efisien terutama ketika aliran rendah kerana ia memberikan masa hijau yang lebih dari yang diperlukan. Bila aliran tinggi ia juga tidak efisien kerana masa hijau yang diberikan tidak berkadar dengan permintaan lalu lintas. Walau bagaimana pun ia dirnasukkan juga dalam perbandingan sebagai perbandingan dengan keadaan yang sedia ada. Perbandingan lengah bagi kesemua kaedah yang digunakan adalah diberikan dalam Rajah 14 manakala perbandingan panjang baris-gilir dalam Rajah 15.

Semasa aliran lalu lintas rendah, kaedah tergerak kenderaan telah menunjukkan jumlah panjang baris gilir dan lengah yang paling rendah berbanding dengan kaedah-kaedah lain. Apabila jumlah nisbah aliran / muatan lebuh kurang 0.7, lengah dan baris gilir mula menaik dengan ketara. Kaedah pengoptirnuman pula menunjukkan prestasi yang paling baik. 1a memberikan baris gilir yang paling pendek dan jumlah lengah yang paling rendah. 1ni berlaku sehingga aliran lalu lintas mencapai tahap tepu.

Kaedah kawalan yang asal, iaitu kawalan mas a tetap telah menunjukkan prestasi buruk. Pada waktu aliran rendah ia memberikan masa hijau yang berlebihan sehingga mengakibatkan lengah yang besar. Ketika aliran tinggi ia memberikan masa hijau yang tidak sesuai dengan permintaan lalu lintas

Kaedah Webster, kaedah pengoptirnuman dan kaedah Highway Capacity Manual menghadapi masalah tidak dapat bertindak balas dengan segera terhadap perubahan lalu lintas. 1ni menyebabkan lengah dan panjang baris gilir agak tinggi berbanding dengan kaedah tergerak kenderaan.

Apabila kesesakan berlaku dan baris gilir bertambah panjang, persimpangan yang dikaji selalunya dikawal secara insani. Dalam kajian ini kawalan insani telah dibandingkan dengan kawalan oleh komputer yang mengagihkan mas a hijau mengikut panjang baris gilir. Perbandingan juga dilakukan dengan kaedah yang menunjukkan prestasi yang baik semasa aliran sebelum tepu, iaitu kaedah pengoptirnuman. Kaedah tergerak kenderaan yang menunjukkan prestasi yang paling baik semasa aliran rendah juga dimasukkan dalam perbandingan. Perbandingan jurnlah lengah ditunjukkan dalam Rajah 16 manakala perbandingan panjang baris gilir ditunjukkan dalam Rajah 17. Kedua-dua rajah ini menunjukkan kaedah kawalan mengikut baris gilir adalah yang paling efisien berbanding dengan kaedah-kaedah lain semasa aliran tepu.

ULASAN

Apabila aliran lalu lintas kecil dengan darjah ketepuan, x, kurang daripada 0.7, kaedah Webster, Highway Capacity Manual dan kaedah pengoptimuman nampaknya kurang berkesan dalam menentukan masa kitar dan pecahan masa hijau yang sesuai. Ketidak berkesanan ini berlaku jika terdapat sejumlah kenderaan datang secara tiba-tiba memasuki jalan tuju. Perkara ini berlaku kerana kaedah-kaedah ini menggunakan aliran lalu lintas pada kitaran sebelumnya untuk menentukan masa kitar dan pecahan masa hijau pada kitaran yang akan datang. Oleh itu jika terdapat satu platun kenderaan datang tiba-tiba, kenderaan-kenderaan ini tidak terrnasuk dalam pengiraan mas a kitardan pecahan mas a hijau semasa.

Kaedah tergerak kenderaan pula boleh bertindak balas dengan pertambahan lalu lintas yang berlaku secara tiba-tiba dengan memberikan

1000

900

800

-;:;- 700

~ :l2 600

~

'" ~ 500

~ OIl

400 <= ~ ~ 300 S ::; ......

200

100

0

It -_._- . _.

I

_ .. _ ... _. ....... f--- -

f;i' I

I I

i liJ )I! _.

---- /~ r!j ..... ~ ~V --. ~

i 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

Jumlah Nisbah Aliran / Muatan

__ T.K

__ Optimum

__ Tetap

-ill-Webster ___ HeM

Nota: Tetap = Kawalan masa tetap (kawalan asal), TK = Tergerak kenderaan, Optimum = Kawalan Optimum, HCM = Kawalan mengikut Highway Capacity Manual.

RAJAH 14. Perbandingan Jumlah Lengah Purata Kaedah-kaedah Kawalan Sebelum Aliran Tepu

200

180

160

~ 140 :!:: .:.:. -a. .:.:. 120 2-~

(3 100 .~ co

ClJ 80 CI c: .~

60 co Il-.::: co 40 E :::J ....,

20

0

i I .r I i

'-----. • 1

I ;

i I

I i I

A

. .1 f ~ F'

~ .+_.

0.2 0.4 0.6 0.6

Jumlah Nisbah Aliran I Muatan

I i I

; I

1.2

I ~T.K l --Optimum

!-.-Tetap --Webster --HeM

Nota: Tetap = Kawalan masa tetap (kawalan asal), TK = Tergerak kenderaan, Optimum = Kawalan Optimum, HCM = Kawalan mengikut Highway Capacity Manual.

RAJAH 15. Perbandingan jumlah panjang baris-gilir kaedah-kaedah kawalan sebelum aliran tepu

1800 -y-----r-----,-----,

1600 +-----t-----+~t----_j

j ~ 1400 +-----+----,.+----I-'~ os ~

" ;2' 1200 +----+-----II-F-c:: os

~ 1000 +-------t .. ,~ ..... 800

400 +-___ - --t-- --t-------j

200t-------+------~----~

0.9 1.1 1.2 Jumlah Nisbah Aliran / Muatan

~TK

.... Optimum

""'-Insani _Baris-gilir

Nota: TK = Tergerak kenderaan, Optimum = Kawalan Optimum, Insani = Kawalan secara insani, Baris-gilir = Kawalan mengagihkan masa hijau mengikut panjang baris-gilir.

RAJAH 16. Perbandingan Jumlah Lengah ketika Aliran Tepu

320 -,-------,-------,------,

! 300

~ 280 ! --- ------t-----+-t-t----!

~ 260

§ 240 +---- t---­~ ., 220 +-----+----fp-- -rj-----J E'

[.ll 200 ....

6 180 -~ ~ 160 -t--- ------+~._~~~~----bO

§ 140 -t----++=b.-""'-:"..'---j-

l ] 120 E " ..... 100 +-~7----j-------r---------------------

80 +----+-----+--------l 0.9 1.1 1.2

Jumlah Nisbah Aliran / Muatan

~TK

.... Optimum

""'-Insani I ~Baris-gilir

Nota: TK = Tergerak kenderaan, Optimum = Kawalan Optimum, Insani = Kawalan secara insani, Baris-gilir = Kawalan mengagihkan masa hijau mengikut panjang baris gilir_

RAJAH 17. Perbandingan Panjang Baris-gilir ketika Aliran Tepu

61

masa hijau tambahan. Oleh itu selama masa hijau maksimum masih belum tercapai, kaedah ini akan bertindak balas dengan baik.

Jika aliran lalu lintas tinggi, iaitu bila dmjah ketepuan, x, melebihi 0.7 kaedah tergerak kenderaan mencapai masa hijau maksimum yang menyebabkan ia bertindak seperti lampu isyarat masa tetap. Kedah Webster dan kaedah Highway Capacity Manual juga tidak menunjukkan pre stasi yang baik. Dalam keadaan seperti ini kaedah pengoptimuman nampaknya berfungsi dengan baik. Lengah yang diseimbangkan antara jalan-jalan tuju telah dapat mengurangkan panjang baris-gilir dan lengah.

Walau bagaimana pun jika aliran lalu lintas sangat tinggi sehingga melebihi muatan persimpangan semua kaedah yang disebutkan di atas tidak dapat berfungsi dengan baik. Pemerhatian di persimpangan-persimpangan menunjukkan ada jalan tuju yang mengalarni lengah yang lama dengan baris-gilir yang panjang manakala jalan tuju yang lain lengah sangat sedikit dan baris-gilir yang pendek. Keadaan yang tidak seimbang ini menyebabkan persimpangan-persimpangan berlampu isyarat dilihat gagal berfungsi dengan baik dan perlu dikawal secara insani.

Pemberian masa hijau oleh pengawal manusia biasanya berdasarkan panjang baris-gilir. Jalan tuju yang mengandungi baris-gilir yang paling panjang akan diberikan masa hijau yang paling lama. Apabila ia memberikan laluan kepada satu-satu jalan tuju, ia akan terns memberikan laluan sehinggalah jarak kepala antara satu-satu kenderaan dengan kenderaan di belakangnya agak jauh. Kadang-kadang jarak kepala berlaku sehingga 7 saat yang menyebabkan masa tersia-sia. Jarak kepala yang biasanya ialah di antara 2 hingga 2.5 saat.

KESIMPULAN

Uji kaji yang telah dijalankan seperti di atas menunjukkan ketika aliran lalu Hotas rendah kaedah tergerak kenderaan adalah yang terbaik. Ia memberikan masa lengah yang paling kecil dan jurnlah baris-gilir yang terpendek. Tambahan pula ia boleh bertindak balas dengan cepat apabila satu platun kenderaan datang secara tiba-tiba manakala kaedah yang lain hanya akan bertindak balas pada kitaran yang berikutnya.

Bila keadaan mulai sesak, kaedah tergerak kenderaan tidak dapat berfungsi dengan baik tetapi kaedah pengoptimuman dapat memberikan pecahan masa hijau yang optimum sehingga dapat mengurangkan masa lengah dan memperpendekkan baris-gilir.

Apabila aliran kenderaan sangat tinggi sehingga melebihi muatan persimpangan, kaedah pengoptimuman juga tidak dapat berfungsi dengan baik. Sebab utamanya ialah sensor pengira lalu lintas tidak dapat mengira kenderaan yang datang di penghujung belakang baris-gilir yang sangat panjang. Tetapi dalam keadaan ini menentukan pembahagian masa hijau mengikut panjang baris-gilir boleh mengawallalu lintas dengan memuaskan.

Di samping itu, adanya sensor lalu lintas yang menggunakan kamera membolehkan beberapa parameter lalu lintas didapati. Pengesan video yang telah dibangunkan dalam kajian ini boleh mengesan kehadiran kenderaan pada tempat-tempat yang dikehendaki, mendapatkan aliran lalu lintas di tempat-tempat yang strategik dan mengukur panjang baris gilir. Kedudukan sensor pengira aliran lalu Hntas, mengesan kehadiran kenderaan dan mengukur

62

panjang baris-gilir boleh dipindah-pindahkan hanya dengan menggunakan tetikus. lui membolehkan lampu isyarat berbilang kaedah direka bentuk.

Dalam kajian ini kaedah kawalan lalu lintas telah dibahagikan kepada tiga keadaan mengikut aliran lalu lintas seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 3. Oleh itu kaedah kawalan berbilang kaedah adalah yang terbaik untuk digunakan kerana ini boleh mengawal lalu liotas deogao baik dalam berbagai-bagai keadaan.

JADUAL 3. Kawalan berbilang kaedah

Keadaan Lalu Lintas Parameter Penentu Kaedah Kawalan Keterangan Tambahan

AHran rendah x < 0.70 Tergerak kenderaan Pengesan kehadiran kenderaan berhampiran garisan berhenti.

Aliran tinggi 0.7:0; x :0; 1.0 Kaedah Masa kitar dihadkan pengoptirnuman kepada 180 saat menggunakan Aigoritma Genetik

Aliran sangat tinggi x> 1.0 Kaedah Masa kitar mengagihkan masa ditetapkan 180 saat. hijau mengikut panjang baris-gilir

Nota: x = darjah ketepuan = q/().s) dengan q adalah aliran lalu lintas, A. adalah nisbah masa hijau dengan masa kilar dan s, adalah aliran tepu.

PENGHARGAAN

Penghargaan diberikan kepada Kementerian Sains, Teknologi dan Alam Sekitar yang telah membiayai kajian ini, juruteknik-juruteknik labatan Kejuruteraan Awam dan Struktur, UKM yang banyak menolong ketika kajian dijalankan dan labatan Kerja Raya yang telah memberi keizinan dan memberikan pertolongan untuk melakukan ujian ioi di atas jalan awam.

RUJUKAN

Abitk, M. 1998. Genetic algorithms (atas talian). http://cs.felk.cvut.czl-xobitko/ga/ (15 Januari 2000)

Cassidy M., Chuang, Y. H. dan Vitale, J. 1996. Reexamining vehicle-actuation strategies at isolated signalised intersections. Journal of Transportation Engineering, 122(3): 235 - 240.

Gartner N. H., Tarnoff, P. J. & Andrews, C. M. 1991. Evaluation of optimized policies for adaptive control strategy, Transportation Research Record No. 1324. Transportation Research Board, National Research Council.

Gartner, N. H., Stamatiadis, C. dan Tarnoff, P. J . 1995. Development of advanced traffic signal control strategies for intelligent transport system: Multilevel design. Transportation Research Record No. 1494. Transportation Research Board, National Research Council.

Highway Capacity Manual. 1994. Transportation Research Board. Washington: National Research Council.

Japs, B. 1999. The MOVA system of traffic control at signalised junctions -experience in Edinburg. Traffic Engineering & Control 40(6):314-316

63

Keil, J. H. dan Fullerton, I. J. 1991. Manual of traffic signal, Institution of Transportation Engineers. Edisi ke-2, Englewood Cliffs, New Jersey: Prentice­Hall.

Kromborg, P. dan Davidsson, F. 1993. MOVA and LHOVRA traffic signal control for isolated intersections. Traffic Engineering & Control 34 (4):195 - 200.

Papacostas, C.S. and Prevedouros, P.D. 1993. Transportation Engineering and Planning, New Jersey: Prentice Hall.

Rahmat, R A, Jumari, K., Hassan, A dan Basri, H. 2ool. Video detection system for traffic light sensor. Traffic Engineering & Control, 42(11): 386 - 390.

Spence, J. dan Vincent, R.A 1999. Benefit of MOVA control at a partially signalled roundabaout. Traffic Engineering & Control 40(7/8):384 - 385

Webster, F. V. dan Cobbe, B. M. 1966. Traffic Signals, London: Her Majesty's Stationary Office.

Riza Atiq bin O.K. Rahmat Hassan bin Basri labatan Kejuruteraan Awam dan Struktur Fakulti Kejuruteraan Universiti Kebangsaan Malaysia

Kasmiran bin 1 umari Pusat Komputer Universiti Kebangsaan Malaysia

Azmi bin Hassan labatan Kejuruteraan Mekanika1 dan Proses Fakulti Kejuruteraan Universiti Kebangsaan Malaysia